• Journal of Power Electronics
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• 제6권1호
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• pp.1-7
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• 2006

This paper is a record of the study on a high efficiency and high power chopper based on the new soft switching method QRAS (Quasi~resonant Regenerating Active Snubber) designed for a Fuel Cell Electric Vehicle (FCEV). This power chopper is basically proposed for 25kHz soft switching. To confirm the practicality and effectiveness of the converter, the fabrication of a prototype-model using IGBTs was completed. Additionally, a 8kW rating test, a light load test, a current discontinuous mode test and a stable operation resonance test was completed. The circuit geometry, the basic operation, and the 8kW one-tenth-prototype test results are reported with a $97.5\%$ efficiency measurement.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.745-756
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• 2022

도로터널은 입구와 출구를 제외한 모든 면이 막혀있는 반밀폐공간으로 화재가 발생할 경우 화재 연기는 화재로 인한 열부력과 터널 내 상시 존재하는 기류에 의해 종방향으로 확산하게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 도로터널에는 연기의 이동방향을 제어하거나 화재지점에서 직접 배연함으로써 안전한 대피환경을 확보하고 신속한 구조 및 소화 활동을 위해 제연 설비를 설치하고 있다. 도심지에서는 인구 증가에 따른 교통량 증가로 인해 도심지 도로의 서비스 수준이 저하되어 극심한 정체현상이 빗어지고 있으며, 이에 대한 해결방안으로 도심지에 지하도로의 건설이 증가하고 있는 추세이다. 수소연료전지차(FCEV)의 TPRD를 통한 수소 누출 시 화재가 발생하는 경우, 화재강도는 누출량에 의존하며, 최대 화재강도는 TPRD의 오리피스 직경에 따라 달라진다. 본 연구에서는 TPRD의 오리피스 직경 1.8 mm를 고려하여 최대 화재강도가 15 MW일 때, 소형차전용터널 내 차도 풍속과 대배기구의 개방 간격에 따른 화재연기의 확산거리에 대해 분석하였다. 그 결과, 터널 내 차도 풍속이 1.25 m/s 이하인 경우 터널 내 기류제어가 가능하였으며, 댐퍼 간격이 50 m, 100 m 인 경우 화재로부터 200 m 범위 이내에서 제연이 가능한 것으로 분석됐다.

• 전력전자학회논문지
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• 제26권6호
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• pp.404-410
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• 2021

This paper proposes a high step-up converter with zero-voltage transition (ZVT) cell for fuel cell electric vehicle. The proposed converter applies a ZVT cell to a dual floating output boost converter (DFOBC) so that not only the main switch but also the ZVT switch can achieve full-range soft switching. The current rating of the ZVT switch is 17% of the main switch. The proposed converter has high reliability in that no timing issue occurs. Therefore, online calculation is not required. The minimum turn-on time of the ZVT switch that guarantees soft switching at all loads and input/output voltage is obtained by analysis. In addition, the proposed DFOBC allows the use of a 650 V device even at 800 V output and has the advantage of being able to boost the voltage by 3.5 times with 0.56 duty. Planar coupled inductor with PCB winding was successfully implemented with the converter operated at 300 kHz. The 25 kW prototype achieves peak efficiency of 99% and power density of 63 kW/L.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제23권6호
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• pp.535-547
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• 2021

국내에서는 수소경제 활성화 정책을 수립하고 수소사회 실현을 위해 수소 인프라 및 수소차 보급 확대를 계획 하고 있다. 이에 따라 수소차의 보급이 급속도로 이루어질 것으로 예상되며, 동시에 수소차의 사고에 대응하기 위한 대책의 확립이 요구되고 있다. 본 연구에서는 수소차에 의해서 발생되는 수소 제트화염이 터널 내부 벽체에 미치는 영향과 내부 복사열 특성 분석을 위해 실험적 연구를 수행하였다. 실험은 수소차에서 발생되는 조건과 동일하게 하기 위해 분사압력을 700 bar로 설정하고, 분사노즐 직경은 1.8 mm로 설정하였다. 또한, 일반 터널에 적용되고 있는 콘크리트 압축강도 40 MPa의 터널 내화 시험체를 제작하고 제트화염 분사노즐과 시험체간의 이격거리에 따른 영향을 검토하였다. 분사노즐과 터널 내화시험체의 이격거리를 변수로 하여 2 m와 4 m에 대해 결과를 분석하였다. 그 결과로부터 시험체 내부 최대 온도는 1,349.9℃ (이격거리 2 m)가 측정되었고, 제트화염 주위 복사열은 최대 39.16 kW/m²까지 나타났다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제20권9호
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• pp.175-181
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• 2019

수소연료전지차(FCEV)의 수소연료 공급시스템에서 대용량 감압에 사용되는 기존의 1단 감압 구조 레귤레이터(Regulator)의 경우 높은 감압에 따른 맥동과 느린 응답, 수소 취성, 누설, 고중량, 고비용 등의 문제점이 있다. 이러한 문제점은 2번에 걸친 감압 메커니즘(2단 구조)을 가지는 2단 레귤레이터 개발을 통해 극복될 수 있으며, 2번째 감압시점에 전자식 솔레노이드 밸브를 적용한다면 폭넓은 출구압력의 제어가 가능하다. 이에 따라 2단 전자식 솔레노이드 밸브를 가지는 레귤레이터의 출구압력 정밀도 향상과 누설방지, 내구성, 경량화, 가격저감 등의 기술개발이 필요한 실정이다. 이중에서도 레귤레이터의 필수적인 성능인 출구압력 정밀도 향상과 누설 방지를 위해 감압 전과 감압 후의 구조부분을 나누어 각각의 초기 내압 적용 후 Valve part가 닫힌 상태(Open Ratio : 0 %)로 가정하여 해석 연구를 진행하였다. 1차감압부의 기밀성과 관련하여 Aluminum Alloy 소재의 사용은 부적절하다고 판단되었고, 서로 다른 금속으로 구성되었을 때는 응력의 변화와 함께 변위 또한 같이 증가하므로 이종 소재를 사용하는 접촉부 구성은 부적절하다고 판단되었다. 2차 감압부의 기밀성과 관련된 변위 측면에서는 Young's Modulus 값이 큰 TPU(Thermoplastic Polyurethane)를 사용하는 것이 비교적 변위량이 작으므로 적절하다고 판단하였고, 기밀성에 대한 기준으로 Case 분석을 진행한 결과 최적 형상을 설계할 수 있었다.

• 한국터널지하공간학회 논문집
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• 제24권6호
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• pp.659-677
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• 2022

수소는 차세대 에너지원으로 부각되고 있으며, 수소차(FCEV)개발 및 보급이 급속도로 이루어질 것으로 예상된다. 이에 수소차 사고에 대응하기 위한 대책이 요구되고 있으며, 수소차의 안전성에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 본 연구에서는 기존 실험 및 연구자료에 대한 분석을 통해 도로터널에서 수소차 안전성 평가를 위하여 국내 실정에 맞는 수소차 사고시나리오를 개발하였으며, 수소차 사고시나리오의 사고결과에 대한 위험거리를 분석·제시하였다. 수소차 사고시나리오에 따른 사고결과는 경미한 사고, 일반화재, 제트화염, 폭발로 구분되며, 각각의 발생확률을 93.06%, 1.83%, 2.25%, 2.31%로 예측된다. 표준단면(72 m²)의 도로터널에서 국내에서 시판되는 수소차량의 수소탱크제원을 적용하는 경우, 사고결과에 따른 위험 거리는 폭발의 경우 약 17.6 m (폭발압력 16.5 kPa기준), 제트화염은 약 6 m, 파이어볼 형성에 따른 위험거리는 최대 35 m로 분석되었다.

• Tribology and Lubricants
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• 제35권1호
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• pp.44-51
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• 2019

The paper presents the rotordynamic performance measurements and model predictions of a fuel cell electric vehicle (FCEV) air compressor supported on gas foil bearings (GFBs). The rotor has an impeller on one end and a thrust runner on the other end. The front (impeller side) and rear (thrust side) gas foil journal bearings (GFJBs) are located between the impeller and thrust runner to support the radial loads, and a pair of gas foil thrust bearings are located on both sides of the thrust runner to support the axial loads. The test GFJBs have a partial arc shim foil installed between the top foil and bump strip layers to enhance hydrodynamic pressure generation. During the rotordynamic performance tests, two sets of orthogonally installed eddy-current displacement sensors measure the rotor radial motions at the rotor impeller and thrust ends. A series of speed-up and coast-down tests to 100k rpm demonstrates the dominant synchronous (1X) rotor responses to imbalance masses without noticeable subsynchronous motions, which indicates a rotordynamically stable rotor-GFB system. Finite element analysis of the rotor determines the rotor free-free (bending) natural modes and frequencies well beyond the maximum rotating frequency. The predicted damped natural frequencies and damping ratios of the rotor-GFB system reveal rotordynamic stability over the speeds of interest. The imbalance response predictions show that the predicted critical speeds and rotor amplitudes strongly agree with the test measurements, thus validating the developed rotordynamic model.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제16권6호
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• pp.3708-3713
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• 2015

본 연구의 목적은 연료전지 자동차의 스택 시스템의 열적 특성을 파악하기 위하여 상용 수치 해석 프로그램을 이용하여 열전달 성능을 해석적으로 고찰하였다. 이를 위하여 연료전지 자동차가 일반도로 및 등판도로 등 주행 특성에 따른 스택 열관리 시스템의 냉각 특성과 에어컨의 작동 여부 등 운전 특성에 따른 스택 열관리 시스템의 냉각 특성을 고찰하였다. 스택 라디에이터로 유입되는 공기 유속이 증가함에 따라 모든 냉각수 유량조건에서 열전달 성능은 향상되었다. 공기 유속이 2 m/s에서 10 m/s로 증가함에 따라 스택 라디에이터의 열전달 성능은 냉각수 유량 20 l/min에서 105.3% 증가하였고, 냉각수 유량 120 l/min에서 221.3% 증가하였다. 스택 라디에이터는 가혹조건인 등판 각도 8% 및 속도 50 km/h에서 냉각수 입구 온도차 $9.45^{\circ}C$로 일반조건인 등판 각도 0% 및 속도 120 km/h에서 냉각수 입구 온도차인 $5.1^{\circ}C$보다 85.3% 증가했다. 또한, 연료전지 자동차가 가혹조건인 등판 주행시 에어컨 시스템을 작동할 경우 스택의 안정적 작동을 허용하는 한계 온도인 $70^{\circ}C$를 초과할 수 있다.

• 한국수소및신에너지학회논문집
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• 제30권3호
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• pp.237-242
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• 2019

In the hydrogen refueling station (HRS), it is need the pre-cooling system (PCS) to limit the inside temperature ($85^{\circ}C$) of the onboard thank (700 bar) and to charge the hydrogen at short time (within 3 minutes) to fuel cell electric vehicle (FCEV). From those safety reasons, the temperature of hydrogen gas must be controled $-33^{\circ}C$ to $-40^{\circ}C$ in PCS. The cooling test of the gaseous ($N_2$, He, $H_2$) was carried out using heat exchanger (pre-cooler) by indirect cooling and direct cooling method. It was confirmed that the temperature of hydrogen gas had below $-40^{\circ}C$ at below $-75^{\circ}C$ of chiller temperature in direct cooling.

• 한국산업융합학회 논문집
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• 제27권3호
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• pp.573-580
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• 2024

Recently, the special alloy, for instance, such as Monel and Inconel, is used for valves, bolt/nuts, and fittings in semiconductor facility, FCEV(fuel cell electric vehicle) and hydrogen gas station, to reduce the hydrogen embrittlement. Even though the Monel material has high cost, it is recommended to use for the cases of ultra high pressure, ultra high leak-proof and so on. The purpose of this study is to investigate the characteristics of Monel material within elastic limit through the comparative analysis when Monel material is extruded or drawn. As the results, the deformation of Monel material was increased as the number of pass was increased, further, the deformation of Monel material by drawing was larger than that by extrusion. In the safety factor, the case that load is less than 420kN, the plastic deformation due to drawing could be happened faster than that due to extrusion. However, the case of more than 420kN, it showed that the plastic deformation for extrusion and drawing was almost similar.